[发明专利]热管和能用此种热管进行热交换的气－液接触设备以及气－液接触板型的热交换器

说明书

本发明涉及一种热管(本发明的第一种构型)，以及能够利用此种热管同时进行气-液接触与热交换的气-液接触设备(本发明的第二与第三种构型)。更具体地说，本发明涉及一种带有具某种表面结构之叶片的热管，同时涉及应用此种热管的气-液接触设备。本发明的气-液接触设备能在同时进行热传输(或交换)与气-液接触，从而使此种设备适应用于化工过程的各种领域。

上述热管能利用封闭于其内的称作为工作液的传热介质的汽化与冷凝，在集热段(汽化段或高温侧)与放射段(冷凝段或低温侧)之间传热。此种热管能在即使上述两侧温差很小的条件下，于短时间内传送大量的热，从而可使相应设备用于各种领域。

上面设有热管的热交换器可以利用例如废气的热来加热冷的空气。这时是如图7以纵剖面所示，将大量的热管41依栅栏形设置于一箱44中。在各热管41的周面按很近的间隔装设有翅片42，以加大传热表面积箱44在垂直方向上的适当高度处由隔板43分开，以使各个空气循环通路相互独立。

采用热管的热交换器最好如图7所示，安装成使热管轴线作垂直取向。但即使是如图8透视图所示，将热交换器安装成使热管依水平取向，也是能在热管之内进行传热的。在图8所示构型中，这种箱由隔板3居中分为左右两部，使各空气的循环通路相互独立。

在利用常规热管的热交换器中，通常是使温度不同的两种流体与由图7或8所示隔板43分隔的热管的两侧接触，由此通过这种热管使热在两种流体间传输或交换。在把热交换器用在集热段或放热段来进行热交换时的某些情形中，必须使一种液体从上述两个部室中至少一个之中从顶端流下，使得此种液体能与从该室底部或侧部供给的气体接触(气-液接触)。在这样的情形下，要是把先有技术的以热管或热管轴线按图8所示取水平或近似水配置而原样使用时，照传统方式利用的叶片就不能充分地将液体分散到叶片壁上。结果，此种液体便会在某些特殊点上冷凝，而提高液体的流速。换言之，这种先有技术的构型不能让液体在叶片表面上停留足够长的时间来充分地提高气-液接触效率。

本发明人等业已对上述问题作过深入的研究，发现将热管配置上两面附有网状结构的金属板制成的叶片时，能显著地提高气-液接触效率，而将这种热管应用于热管型的气-液接触设备时，将赋予这类设备优越的换热功能。这样，本发明人等就得以实现此项发明。

本发明还涉及一种板型热交换器，更详细地说，涉及这样一种板型热交换器，它能在从事热交换同时有效地在板面上使气体与液体接触(本发明的第四种构型)。

在典型的化工设备中，常需使气体在短时间内与液体接触。有代表性的一种情形例如是，用胺溶液一类吸收液来重新收集燃烧废气中的CO₂(二氧化碳)气体。为了实现上述要求，本发明的申请人曾提出过一种气-液接触设备，此设备充以大量的管状结构充填件，每个管状结构充填件具有任意形状的水平横剖面；而在此种管状结构的壁内则垂直地设置有形成气-液接触的表面，这种气-液接触表面可以与气流平行，从这些充填件上方一个位置处供应的液体使之沿此气-液接触表面下流并在同时从这些充填件下方一个位置处供应气体，使得通过从充填件下方一处输送此气体来与该液体接触，这一设备的特征在于：上述气-液接触表面是由表面上附有网状件的板件构成(日本专利申请，平5-59844号)。但是，这项申请并不属于周知的技术，因而不应视作本发明的先有技术。

在上述申请的气-液接触设备中，当气体属于燃烧废气而液体是上述的胺水溶液时，此后一种吸收液由于吸收CO₂气体时的反应热而升温，导致吸收反应的速率下降。为了解决这一问题，给此设备另外设置一独立的热交换器(冷却器)，以适当地调节所供吸收液的温度。但在这种气液接触设备中的向下流动过程中，此反应液体的温度增加，使得这一吸收反应的平衡常趋向降低，尽管这时的反应速度加大。结果说明，仅靠调节所供吸收液的温度并不能充分有效地为调节反应速率提供合适的措施。如同在此例子中所看到的，由于在化工设备中，气-液接触过程通常涉及到放热和/或吸热反应，对于所用到的液体和/或气体，每道工序都要求有独立的冷却器、加热器和热交换器等。此外，在考虑热交换效率的同时，还要考虑因设备结构的复杂性与所需空间的增加而带来建造设备费用的增加，于是迫切希望改进这类气-液接触设备。

考虑到以上所论种种，本发明人等已对这种能同时进行气-液接触过程与热交换过程，且有利于热交换效率和节省空间的设备作了大力研究，而最终发现了具有某种极其有效结构的热交换器，由此而完成了本发明。